[发明专利]一种基于激光控热溶液法3D打印的晶体生长系统与方法

说明书

本发明涉及材料工程领域和3D打印技术领域，具体为一种基于激光控热溶液法3D打印的晶体生长系统与方法，包括气体保护箱、工作台、设置于工作台两侧的工作台导轨、打印喷头、X向导轨、激光器、Y向导轨、驱动装置和控制中心，所述工作台导轨驱动所述工作台沿着Z轴方向移动；所述打印喷头、激光器的顶部固定于所述X、Y向导轨上通过所述X、Y向导轨驱动其沿着X向和Y向移动；所述工作台导轨、X向导轨、Y向导轨分别与驱动装置信号连接，所述打印喷头、驱动装置、激光器分别与控制中心信号连接。本发明通过激光控热对钙钛矿材料的过饱和溶液进行冷却，降低其溶解度从而使晶体快速析出，从而使钙钛矿晶体成型更迅速、形貌更均匀、结构更稳定。

技术领域

本发明涉及材料工程领域和3D打印技术领域，具体为一种基于激光控热溶液法3D打印的晶体生长系统与方法。

背景技术

随着工业化进程的不断推进，以及各行业对产品制造加工的精度要求及个性化要求的不断提高，缩短产品开发周期和减少开发新产品投资风险已成为企业赖以生存的关键，因而也相继涌现出大量的先进制造理念及制造技术，其中最典型的便是20世纪80年代末、90年代初发展起来的3D打印技术。3D打印技术是快速成型技术的一种，它突破了传统的加工模式，不需要机械加工设备即可快速的制造形状极为复杂的工件，是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。3D打印通常是采用数字技术材料打印机来实现的，它综合了机械、电子、光学、材料等学科，常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，后逐渐用于一些产品的直接制造，已经有使用这种技术打印而成的零部件。该技术在珠宝、鞋类、工业设计、建筑、工程和施工（AEC）、汽车，航空航天、牙科和医疗产业、教育、地理信息系统、土木工程、枪支以及其他领域都有所应用。

激光3D打印技术是指在3D打印技术的基础上，采用激光能量作为材料结合能的方式进行打印的激光快速成型技术。目前的激光3D打印技术主要包括以下几种类型：

（1）立体光造型技术：以液态光聚合光敏树脂（聚丙烯酸酯，聚环氧基等）为原料，紫外激光在计算机控制下按零件的各分层截面信息，在光敏树脂表面进行逐点扫描，被扫描区域的树脂薄层产生光聚合反应而固化，形成零件的一个薄层；

（2）选择性激光烧结技术：激光束在计算机控制下，以一定的扫描速度和能量在选定的扫描轨迹上作用于粉末材料（尼龙、塑料、金属、陶瓷的包衣粉末或粉末的混合物），有选择地熔化粉末，使粉末黏结固化而形成一个层面；

（3）激光熔覆成形技术：用计算机生成待制作零件的CAD模型，对该CAD模型进行切片处理，并且生成每一层的扫描轨迹，通过数控工作台的运动实现激光熔覆。被熔覆的粉末通过送粉装置用气体输送，逐层叠加熔覆粉末，最终成型出所需形状的零件；

（4）激光近形制造技术：激光近形制造技术将快速成型技术中的选择性激光烧结技术和激光熔覆成型技术结合了起来，金属粉末通过送粉装置送入激光辐射形成的熔池中，激光将金属粉末加热熔化并与基体形成冶金结合。

传统激光3D打印技术主要在固体、金属粉末等材料方面应用广泛，例如选择性激光烧结技术、激光熔覆成形技术以及激光近形制造技术等都是用于粉末材料的打印；而在液体材料方面，除了能对特定的液态树脂固化成型以及熔融材料凝结成型之外，并不能对其它液体材料进行有效打印。另一方面，在现有技术的钙钛矿晶体制备方法中，两步旋涂法可以制得形貌均匀的薄膜，但是其他方法，如一步旋涂法制备的薄膜形貌难以控制，最终的器件效率参差不齐，重复率低；分布浸液法只能制备约200nm厚的纯晶相钙钛矿薄膜；气相沉积法需要对薄膜的成分与真空环境进行非常精确的控制，难以掌握。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于激光控热溶液法3D打印的晶体生长系统与方法，以达到通过激光控热对钙钛矿材料的过饱和溶液进行冷却，降低其溶解度从而使晶体快速析出，从而使钙钛矿晶体成型更迅速、形貌更均匀、结构更稳定。